もし針が光の速さで地球に衝突したら、第六次大量絶滅が引き起こされるでしょうか？

6500万年前、何億年もの間地球を支配してきた恐竜たちは、予期せぬ大災害に見舞われたと言われています。直径10キロメートルの小惑星が地球に正面衝突し、大規模な塵と二酸化硫黄の噴出を引き起こし、地球に届く太陽光の量が減少した。次は興味深い歴史エディターが詳しく紹介しますので、見てみましょう！

その結果、地球上の食物連鎖のほとんどが崩壊し、植物は正常に光合成できなくなりました。その後200万年の間に、草食恐竜と肉食恐竜は食糧不足により絶滅し、空飛ぶ恐竜も絶滅しました。

不運だったのは恐竜だけではなく、他の多くの種も同様です。地球上の生物種の約95％が当時絶滅しました。これは5つの深刻な大量絶滅イベントの中で2番目に深刻であり、また私たちに最も近いものでした。

そこで疑問なのは、もし小惑星を針に置き換えたらどうなるかということです。針が光速で地球に衝突したら、地球は第 6 の大量絶滅を引き起こすでしょうか?

針が光の速さで地球に衝突したら何が起こるでしょうか?

この問題を理解するには、まず運動エネルギーという概念を明確にする必要があります。

小惑星が地球に衝突して恐竜が絶滅した主な理由は、小惑星が巨大な運動エネルギーを持っており、衝突の瞬間にその運動エネルギーが解放されるからです。小惑星の速度は光速よりはるかに遅いため、運動エネルギー定理「E=(1/2)×(mv^2)」を直接使用してそのエネルギーを計算できます。科学者は、地球に衝突する小惑星の運動エネルギーは4.2×10^23ジュールであると推定しています。人類が作った最も強力な爆弾は、ツァーリ水素爆弾だということを皆さんは知っておくべきです。小惑星衝突によって放出されたエネルギーは、ツァーリ水素爆弾の200万倍です。これは、第二次世界大戦中に米国が日本に投下した最初の原子爆弾「リトルボーイ」の13億7600万倍のエネルギーでもあります。

同様に、光速で動く針の運動エネルギーも計算できます。針の質量が 1 グラムであると仮定すると、光速で動く針に対応する運動エネルギーは 4.5×10^13 ジュールになります。この数値は地球に衝突する小惑星の10桁ほど小さく、ほぼ「リトルボーイ原子爆弾」の威力に相当します。ということは、この針が地球に当たると、地球が「リトルボーイ原子爆弾」で爆破されたようなものになるということでしょうか?

答えは明らかにノーです。光速で動く針が本当に地球に衝突すれば、地球は間違いなく破壊されます。しかし同時に、人類が築き上げた物理学の建造物も崩壊することになる。なぜそれがそんなに深刻なのか？

現代物理学

これは実は、20 世紀初頭に有名な相対性理論を提唱したアインシュタインと関係があります。それ以前の主流の科学理論は、ニュートンの力学理論とマクスウェルの電磁気学理論でした。その後、相対性理論と量子力学が現代物理学の主流となりました。

物体の速度が光速に近い値に達すると、ニュートンの力学理論は適用できなくなり、誤差が非常に大きくなります。このとき、アインシュタインの相対性理論の普遍性が反映されます。高速条件、特に光速に近い場合、相対性理論はニュートン力学よりもはるかに正確です。したがって、針が光速に近い速度で動く場合は、相対性理論を使用して運動エネルギーを計算する必要があります。

相対性理論によれば、物体が速く動くほど、その質量は大きくなります。したがって、光速に近い速度で動く針の質量は 1 グラムではなく、光速にどれだけ近いかによって変わります。光速に近い限り、針の質量は非常に大きくなり、運動エネルギーも非常に大きくなります。地球に衝突した場合、原子爆弾の威力を持つだけでなく、地球を直接破壊します。

この概念は、SF小説『三体問題』で使われました。小説では、シンガー文明が光速に近い速度で移動する粒子「光粒子」を使って銀河を襲い、銀河全体が破壊されました。

針は光の速さで動いていますか？

相対性理論の基礎は、光速度不変の原理と相対性原理です。簡単な推論で、物質、情報、エネルギーの伝達の最速速度は光速であるという結論が得られます。ただし、光速に到達するには、物質の静止質量がゼロでなければなりませんが、針の静止質量はゼロではありません。したがって、相対性理論によれば、針が光速に到達することは不可能であり、もし本当に光速に到達したとしたら、相対性理論は間違いであり、現代物理学の基礎が失われることになる。

しかし、これは最も深刻な問題ではありません。深刻な問題は現代物理学の基礎を破壊する可能性があります。量子力学は、静止質量を持つ物体が光速で移動できない理由を実際に説明します。これは主に、すべてのものを構成する粒子が多数存在し、ヒッグス場が宇宙のあらゆる場所に存在するためです。ヒッグス場は静止質量がゼロでない粒子の速度を遅くすることができますが、静止質量がゼロの物体はヒッグス場の影響を受けません。

その後、大型ハドロン衝突型加速器もヒッグス場の存在を証明しました。したがって、針が光速に到達できる場合、量子力学も間違っていることになります。そうなれば、現代物理学の二つの主要な基盤が同時に破壊されることになる。